- Преобразование качественных характеристик мазута в гидродинамических устройствах... (эмульгирование топлива, водномазутные эмульсии) - Применение модифицированного высоковязкого топлива, водотопливной эмульсии в судовых дизелях, котлоагрегатах..... - Приготовление топливных смесей, восстановление качественных характеристик высоковязких топлив в емкостях нефтебаз...

1. Преобразование качественных характеристик мазута в гидродинамических устройствах

Улучшение энергетических и экологических показателей теплоэнергетических комплексов в основном достигается посредством усовершенствования процессов горения топлива.
Основными факторами, определяющими ценность топлива является его теплотворная способность, определяемая количеством тепла, выделяющегося при полном сгорании единицы массы топлива, физическими свойствами рабочего тела, содержанием вредных примесей в продуктах сгорания.

Одним из наиболее радикальных средств повышения эффективности работы теплоэнергетических установок является улучшение качественных характеристик топлива, позволяющих интенсифицировать процесс горения, получить от единицы массы топлива большее количество энергии. Особенно при использовании в дизельных двигателях и в котлоагрегатах использующих высоковязкие мазуты, получаемые из остаточных фракций нефтепереработки.

В мазуте, как конечном продукте нефтепереработки, сосредотачиваются наиболее тяжелые фракции углеводородов, продукты термического крекинга, окисления, полимеризации, коксования; балласт-негорючая часть, состоящая из минеральной массы, металлов, золы, механических примесей. В процессе крекинга остаточные фракции обедняются водородом, что приводит с снижению теплотворной способности, жаропроизводительности мазута. Качество мазута ухудшается во время транспортировки, при длительном хранении в емкостях мазут окисляется, полимеризуется, насыщается биологическими организмами, обводняется; вследствие химических реакций углеводороды мазута превращаются в твердые, выпадающие в осадок продукты.

Опыт эксплуатации дизелей на тяжелых сортах топлива показал полную зависимость от долговечной, надежной и эффективной. работы от качества подготовки топлива к сгоранию. Соединения, входящие в состав остаточных нефтяных топлив, асфальтенов, смол, желеобразных сгущений, имеют длинные, развитые молекулярные цепи, с невысокой стабильностью связей С- С, которые могут быть разорваны под воздействием высокочастотных колебаний и за счет массообменных процессов между слоями обрабатываемой среды.

Предлагаемые Установки, с контролируемой интенсивностью кавитационных процессов, с обработкой высоковязкого топлива на энергетическом уровне фазовых превращений, расщепляют углеводородные молекулы на более легкие, активные радикалы, обуславливающие кардинальное улучшение основных качественных характеристик, топлива.

После разрушении высокочастотными акустическими колебаниями длинных углеводородных молекул, образовавшиеся легкие активные радикалы интенсивно перемешиваются вихревым потоком в объеме обрабатываемой среды, вступают в реакцию с молекулами остаточных углеводородных фракций.

После обработки мазута М-100 в гидродинамических устройствах установки, на энергетическом уровне фазовых превращений -

- вязкость уменьшалась в 4,5 раза,
- плотность на 3%
- соответственно объем мазута увеличивался также на 3%,
- температура вспышки снижалась в среднем на 30%,
- конгломераты остаточных фракций измельчались до размерного ряда частиц 1 -5 мкм.

Происходящие изменения физико-химической структуры мазута М-100 можно было наблюдать визуально, сравнивая отобранные пробы.

Размер глобул эмульсии 1мкм. Увеличено в 25000 раз.	Микроскопирование водотопливной эмульсии. Цена деления шкалы микроскопа 5 мкм.
так горит обычный мазут	так горит мазут с водой

- Необработанный мазут М-100 в емкости с отобранной пробой застывал при температуре +35 С, имел вязкую, консистентную структуру,
- Модифицированный же мазут, при данной температуре, свободно плескался в емкости, легко стекал с пробной палочки.

- Смесь топлив приготовленная на базе 30% мазута Ф-5 и дизельного топлива после обработки в установке имела вязкость меньшую чем у необработанного дизельного топлива.

На фотографиях, выполненных при микроскопировании эмульгированного мазута (выше) четко просматриваются глобулы воды в оболочке из поверхностно-активных веществ, состоящих из наиболее тяжелых остаточных фракций мазута, удерживаемых за счет сил поверхностного натяжения частиц воды.
Благодаря этому остаточные фракции мазута не загрязняют поверхности топливных фильтров, не образуют отложений в подогревателях и трубопроводах.

В процессе реакций изменяется геометрия молекул, степень упорядоченности надмолекулярной структуры углеводородов. Длинные молекулярные соединения высоковязких углеводородов в гидродинамических устройствах установки расщепляются на легкие прямоцепочные углеводороды, превращающиеся при развитии реакций в циклические или разветвленные радикалы. При достаточно высокой температуре, вследствие воздействия высокочастотных колебаний длинные молекулы мазута расщепляются на более короткие соединения С2 - С5, которые при критических параметрах обрабатываемой среды, вследствие фазовых превращений, образуют газовые фракции; молекулярные соединения С8 - С10, фракции дистиллятных топлив С15. Термическая обработка вызывает сложные рекомбинационные превращения осколков разорванных молекул в легкие углеводородные фракции с перераспределением водорода.

Новые качественные характеристики мазута, обусловленные фазовыми превращениями, длительное время сохраняют свои свойства, при параметрах окружающей среды, без изменений.

1.2. Применение модифицированного высоковязкого топлива, водотопливной эмульсии в судовых дизелях, котлоагрегатах.

Использование в рабочем процессе энергетических установок мазута с улучшенными характеристиками качества, высокодисперсной водотопливной эмульсии, позволяет
- повысить экономичность рабочих процессов дизельных дизелей на 12-15%,
- уменьшить расход топлива в котлоагрегатах на 6-8%,
- сократить выброс вредных веществ в окружающую среду NOx на 40%, SO2 на 50%, Н2 S, СО в несколько раз.

При впрыске эмульгированного топлива в камеру сгорания топливная струя, встречая сопротивление воздушного заряда разрушается по границе раздела фаз топлива и воды, где поверхностное натяжение имеет наименьшее значение, дробится на высокодисперсные капли. В камере сгорания после прогрева и мгновенного разрушения глобул, осколки тяжелых фракций, перемещаясь с высокой скоростью, интенсивно взаимодействуют с кислородом воздушного заряда, сгорают без образования нагара.

Содержащиеся в топливе высокодисперсные частицы водной фазы, при прогреве в цилиндре превращаются в паровые пузырьки, мгновенно дробящие топливные капли на мельчайшие частицы, которые быстрее прогреваются, интенсивнее взаимодействуют вначале с кислородом, образующимся в результате диссоциации воды, воспламеняются и перемешиваясь с кислородом воздушного заряда, ускоренно сгорают. Свободный радикал ОН обладает высокой химической активностью, в процессе горения вступает во взаимодействие с углеводородами.

2Н2 О > Н2 + 2 ОН; (1) ОН + RH = Н2 О + R; (2)

Скорость реакции горения пропорциональна концентрации гидроксила ОН.
Молекулы воды ускоряют ход реакций в окислительных процессах и вследствие возникновения полярного эффекта, существенно улучшающего ориентацию положительно и отрицательно заряженных частиц активных радикалов топлива. Вследствие конверсии в гидродинамических устройствах газовых фракций, образовавшихся в результате фазовых превращений, горящий с водяным паром, мазут обогащается водородом, сгорает с выделением дополнительной энергии, без образования нагара, с уменьшением вредных выбросов. Находящаяся в составе эмульгированного топлива водная фаза, может быть диссоциирована частично и в ходе окисления топлива в предпламенных процессах. Затем, по мере повышения температуры в фазе активного сгорания, реакция диссоциации воды ускоряется. Образующийся при диссоциации избыток атомов водорода, быстро диффундирует в область с избытком кислорода, где их реакция компенсирует затраты энергии на диссоциацию воды.
Теплота сгорания водорода 143 кДж/г /(в пять раз больше чем у углеводородов).
Участие в реакции горения дополнительного количества водорода ускоряет повышение температуры в области сгорания, увеличивает количество продуктов сгорания, что соответственно повышает внутреннюю энергию рабочего тела.

В ходе экспериментальных исследований установлено, что добавление к топливу 5-10% воды ускоряет процесс сгорания в 5-6 раз.

Во время проведения испытаний главных судовых дизелей 6 ДКРН 74/160-3, Pielstick, Sulzer, DMR оптимальное водосодержание ВТЭ, приготавливаемой на базе отечественных сортов моторного топлива, мазута М-40, зарубежных мазутов IFO-40, IFO-180, поддерживалось в пределах 17- 25%, расход топлива при этом снижался на 12-15%.

Увеличение количества продуктов сгорания, при использовании ВТЭ, подтверждается результатами индицирования двигателей. Линия расширения на индикаторной диаграмме при сжигании ВТЭ имеет большее значение средних ординат Рi, давление газа перед началом открытия выпускных органов имеет повышенное значение параметров. Процесс горения в цилиндре при работе на ВТЭ завершается относительно угла поворота коленчатого вала на 30 град раньше. Следовательно процесс сгорания осуществляется практически при постоянном давлении, в малом объеме камеры сгорания, что позволяет предотвратить потерю теплоты рабочего тела через охлаждаемые стенки цилиндра. Температура уходящих газов снижается на 8-10 град С. Полученные результаты свидетельствуют об увеличении внутренней энергии рабочего тела и ее повышенной эффективности в процессе
преобразования в механическую работу.

При этом соответственно снижается и теплонапряженность деталей цилиндро-поршневой группы, масляная пленка на зеркале цилиндров работает в более комфортном температурном режиме, меньше насыщается продуктами сгорания. Благодаря более полному и ускоренному сгоранию топлива, постоянной газификации отложений углерода, детали цилиндро-поршневой группы, газовыпуского тракта не загрязняются продуктами сгорания, меньше подвержены абразивному износу.

Надежность работы топливной аппаратуры повышается, вследствие улучшения теплоотвода от прецизионных пар, прекращения отложений на их поверхности сульфидов, смол; отсутствия коксования отверстий, сопловых поверхностей форсунок.

Эти установки применяются на многих десятках судов морского, рыбопромыслового флота, котельных промышленных предприятий. Исследования, испытания работы дизелей, газовых турбин, котлоагрегатов проводились с участием ведущих НИИ, ЦПКБ, теплотехнических служб судовладельцев. Результаты исследований, проведенных испытаний, наблюдения за состоянием энергетических установок сосредоточены в соответствующих отчетах.

1.3. Приготовление топливных смесей, восстановление качественных характеристик высоковязких топлив в емкостях нефтебаз.

В соответствии с требованиями потребителей к качеству бункерного топлива для судовых дизелей, нефтебазы вынуждены приготавливать топливные смеси на базе высоковязких мазутов и дизельных топлив. Длительно хранящиеся высоковязкие мазуты, вследствие насыщения конгломератами асфальтенов, смол при смешивании с дистиллятными топливами, могут расслаиваться в емкостях, вызвать аварийное нарушение работы энергетических установок. Повышение степени дисперсности асфальтенов, разрушение сгустков смол, в результате кавитационной обработки в гомогенизаторах, позволяет приготавливать стабильные, высококачественные смеси топлива.

Обработка в гомогенизаторах снижает вязкость мазута в емкостях, обеспечивает возможность его хранения, перекачивания при меньшей вязкости и температуре подогрева, что значительно сокращает энергетические затраты.
Гидродинамические устройства, снабженные устройствами для управления кавитационными процессами, средствами регулирования параметров состояния обрабатываемой среды на уровне фазовых превращений молекулярной структуры , Комплектгидродинамических углеводорододов находят широкое устройств дл я смешивания применение в технологиях гомогенизации, топлив. подготовки топлива к эффективному Производительность 50 м3/ч. сжиганию в теплоэнергетических комплексах, нефтехимического производства, в решении экологических проблем, для преобразования физико-химических свойств любых жидкостей.

На основе гидродинамических устройств, входящих в состав установки, изготавливаются деаэраторы котловой воды, теплогенераторы, сатураторы, гомогенизаторы для обработки жидких пищевых продуктов, устройства для обеззараживания питьевой воды.

Установки, входящее в их состав гидродинамическое оборудование, запатентованы в России, Украине, изготавливаются серийно и на договорной основе.
Передача права на применение, изготовление и т.д. на основе лицензионного договора.

Автор статьи Борис Завгородний Украина